JP2007528463A - 波力発電システム - Google Patents

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Abstract

【課題】波力が瞬間的に作用する場合にも安定した作動状態を維持して安定した発電状態を維持することができる波力発電システムを提供する。
【解決手段】固定フレーム１と、該固定フレームに取り付けられる浮力構造物２０と、固定フレーム１に回転自在に取り付けられる発電機回転軸２と、一方向クラッチ６を経て発電機回転軸２に連動するように接続される回転駆動部９と、固定フレームの一部分に対して回転自在に取り付けられる３点リンク３と、該３点リンクの一つの自由端に取り付けられる浮き４と、一端が前記３点リンクの他の自由端に接続され、他端が前記回転駆動部に接続されて巻き取られるロープ５と、発電機回転軸２に取り付けられるフライホイール１２（はずみ車）と、一端が固定フレームに、他端が回転駆動部に接続される弾性回復手段とを含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、波力発電システムに関し、特には、波が瞬間的に上昇するときの運動エネルギーを機械的回転エネルギーに変換することによって発電させる波力発電システムに関する。
現在、石油及び化石燃料、原子力などを用いて電力を生産している。石油及び化石燃料は、その埋蔵量が限定されているため、時間が過ぎるにしたがって枯渇せざるを得ない。原子力の場合には、ウラニウムの枯渇によって利用期間に限界があるだけでなく、核廃棄物の処理が深刻な問題となっている状況である。
これに対して、風力や太陽エネルギーはほとんど無限で、公害も発生しないという長所がある。しかしながら、風は季節と位置によりその変化の幅が大きく、最適の位置を探すことが容易でない。太陽エネルギーの場合には、その日照量が制限的なので、このための大規模の装置及び効率的なエネルギー変換技術が要求され、それによって生産コストが非常に上昇するという短所があった。
最近では、上記のような問題点を解決するために、潮力や波力を用いる発電装置が紹介されている。その代表的な例として、韓国特許出願公開第２００２-００７１４９２号に、波が上昇するときのエネルギーを、浮力具を通じて発電機に伝達する構造が開示されている。
図１を参照すると、従来の波力発電装置は、浮力具６０が下降するときに一方向クラッチ７５によって空回転されるため、波立つ度に連続的に一方向の回転力が加えられて発電する構造からなっている。
しかしながら、前述した従来の波力発電装置において、単純な原理のみが開示されているだけで、実際の作動においては様々な問題点が発生する。例えば、浮力具６０が設けられた浮力軸７０にギア溝７４が形成されており、このギア溝７４に一方向クラッチ７５がかみ合う構造である。実際に波が立つときに、両構造物７０、７５の揺れによりギア溝７４と一方向クラッチ７５が瞬間的に分離され、確実な動力伝達が難しくなる可能性が高い。
また、一方向クラッチ７５から発電機回転軸４０に伝達される回転慣性力が小さくて、追加的な波が立たないと、回転がすぐ停止してしまうという短所があった。なお、浮力具６０に作用する上昇力のみを利用するため、大きいモーメントを用いることができないという短所もあった。
また、回転軸４０の回転速度及び回転力は単に波力のみに依存する。したがって、波高の変動が大きい場合に、交流電力を安定的に発生させるのが難しいという問題点もあった。
韓国特許出願公開KR2001-100372 A 米国特許US 5424582 A 韓国特許出願公開KR 2002-66124 A
したがって、上記したような問題点を解決するために、本発明の目的は、波力が瞬間的に作用する場合にも安定した作動状態を維持して安定した発電状態を維持することができる波力発電システムを提供することにある。
本発明の他の目的は、てこの原理で大きいモーメントを用いて回転力を加える波力発電システムを提供することにある。
上記のような目的を達成するために、本発明は、固定フレームと、前記固定フレームに取り付けられる浮力構造物と、前記固定フレームに回転自在に取り付けられる発電機回転軸と、一方向クラッチを介して前記発電機回転軸に連動するように接続される回転駆動部と、前記固定フレームの一部分に対して回転自在に取り付けられる３点リンクと、前記３点リンクの一つの自由端に取り付けられる浮きと、一端が前記３点リンクの他の自由端に接続され、他端が前記回転駆動部に接続されて巻き取られるロープと、前記発電機回転軸に取り付けられるフライホイールと、一端が固定フレームに、他端が前記回転駆動部に接続される弾性回復手段と、を含むことを特徴とする波力発電システムを提供する。
また、本発明は、固定フレームと、前記固定フレームに取り付けられる浮力構造物と、前記固定フレームに回転自在に取り付けられる発電機回転軸と、一方向クラッチを介して前記発電機回転軸に連動するように接続される回転駆動部と、前記回転駆動部に一端部が固定される２点リンクと、前記２点リンクの自由端に取り付けられる浮きと、前記発電機回転軸に取り付けられるフライホイールと、を含んで構成されることを特徴とする波力発電システムを提供する。
本発明は、固定フレームに回転自在に取り付けられる発電機回転軸と、一方向クラッチを介して前記発電機回転軸に連動するように接続される回転駆動部と、前記固定フレームの一地点に対して回転自在に取り付けられる３点リンクと、前記３点リンクの一つの自由端に取り付けられる浮きと、一端が前記３点リンクの他の自由端に接続され、他端が前記回転駆動部に接続される弾性回復手段と、を備える波力発電構造、及び前記発電機回転軸に連動するように一方向クラッチを介して接続される回転駆動部と、前記回転駆動部に一端部が固定された２点リンクと前記２点リンクの自由端に取り付けられる浮きを備える波力発電構造を含み、前記波力発電構造は、前記発電機回転軸に沿って組み合わせて配置され、前記固定フレームには浮力構造物が取り付けられ、前記発電機回転軸には少なくとも一つのフライホイールが取り付けられることを特徴とする波力発電システムを提供する。
本発明によると、浮きが固定フレームに接続されたリンクに設けられるため、その構造的結合がより堅固になる効果がある。
また、長い３点リンクを使用することによって、大きなモーメントを作用させて回転力を一層高くすることができる効果がある。
また、発電機回転軸にフライホイールが取り付けられて、波力が瞬間的に作用する場合にも回転速度及び回転力を安定した作動状態に維持可能なので、電力を安定な状態で発生させることができる利点もある。
以下、本発明の望ましい実施形態を添付の図面を参照して詳細に説明する。
＜第１の実施形態＞
図２〜図４は、本発明の第１の実施形態による波力発電システムの構成を示す図である。
図示のように、本発明による波力発電システムは、各種構造物を取り付けるための固定フレーム１と、この固定フレーム１を海に浮かべるための浮力構造物２０とを備える。固定フレーム１は比較的強度が高い部材を相互に結合し、浮力構造物２０と共に海に浮かべると、一部分は水面の外に出て、一部分は水中に浸（つか）るようになる。
固定フレーム１には発電機回転軸２が回転自在に取り付けられている。この発電機回転軸２の回転に従って、回転軸に接続された発電機３０にて発電が遂行される。このために、回転軸２を回転支持するための軸受(図示せず)が固定フレーム１の上に設けられることはもちろんである。そして、発電機３０は、磁石とコイルの相対回転に応じて電気を発生させる通常の構造の発電機である。
発電機回転軸２には、一方向クラッチ６を経て回転駆動部９が直接連結されている。これにより、回転駆動部９が一方向に回転する場合には、一方向クラッチが空回転して動力伝達が切れることとなる。したがって、一方向の回転のみが許容されるため、波立つ度にその回転力が加えられるようになる。図７は、本発明に使用される一方向クラッチ６の例を示す図である。
一方、固定フレーム２の一支点Ｐには３点リンク３が回転自在に設けられている。ここで、３点リンク３は、一支点Ｐと、ロープ５との接続点と、浮き４の設置点との間の相対的変位がほとんどない部材である。本実施形態のように、棒状の部材を相互に交差させて固定結合することもでき、平板状に形成することもできる。
なお、３点リンク３の回転の際における揺れを防止するために、該３点リンクには、発電機回転軸２の前後方向にそれぞれ、支持部材３１が取り付けられることが望ましい。
３点リンク３の一自由端には浮き（ブイ）４が取り付けられており、他自由端にはロープ５の端部が連結されている。浮き４は、海上に浮かんでおり、波が立つと瞬間的に上昇する。
３点リンク３の自由端に接続されたロープ５の他端は、回転駆動部９に固定されて巻き取られる。回転駆動部９の外面は一般の巻取りドラムの形態に形成されることが望ましい。内面は、一方向クラッチ６の構造によって発電機回転軸２と結合することが望ましい。
ロープ５には、３点リンク３の側に引張バネ１０が含まれ、波が立って浮き４が上昇した後に、迅速に元の位置に戻ることが可能になっている。
一方、図３のように、固定フレーム１と回転駆動部９との間には、ロープ７と引張バネ１１とが連結される。浮き４が上昇した後、戻って下降するときに回転駆動部９の迅速な回復が可能になる。
なお、図４に示すように、固定フレーム１と回転駆動部９との間に渦巻きバネ５を連結するならば、回復のための構成が、よりシンプルで、且つ、円滑になる。
図２に示したように、発電機回転軸２の方向から見て、３点リンク３と浮き４は、左右にそれぞれ設けられるのが好ましい。この場合に、回転力の増加と共に重量の均衡も実現することができ、それによって全体的な構造が安定になる。
また、回転力をより増加するために、３点リンク３、浮き４、一方向クラッチ６、及びロープ５は、回転駆動部９に沿って、２個以上設けられることが望ましい。
一方、発電機回転軸２にはフライホイール１２（はずみ車）が設けられ、大きな慣性エネルギーを用いて回転速度の偏差を減少でき、波が立たない場合にも回転エネルギーを保持することができる。
＜第２の実施形態＞
図５は、本発明の第２の実施形態による波力発電システムを示す図である。
第２の実施形態による波力発電システムは、図示のように、固定フレーム１と固定フレーム１に取り付けられる浮力構造物２０と、固定フレーム１に回転自在に取り付けられる発電機回転軸２と、該発電機回転軸２に取り付けられるフライホイール１２とを備えることは、上記した第１の実施形態と同様である。
本実施形態では、一方向クラッチ６を経て回転駆動部９が常に発電機回転軸２に連動するように連結され、回転駆動部９には２点リンク３３の一端部が固定されている。そして、２点リンク３３の自由端には浮き４が設けられる。
この場合に、一方向クラッチ６７の従動部と第１の中間ギア７１が、固定フレーム１に発電機回転軸２と平行方向に取り付けられた第１の回転駆動軸４１に、並んで取り付けられている。第１の中間ギア７１は、発電機回転軸２に取り付けられる第２の中間ギア７２とかみ合っている。したがって、図面の左側の浮き４が上昇すると、一方向クラッチ６がかみ合って第１の中間ギア７１が回転し、これとかみ合う第２の中間ギア７２及び発電機回転軸２が回転するようになる。
ここで、第１の中間ギア７１は、第２の中間ギア７２の直径より大きな直径を有し、回転とともに増速が行われる。
なお、第３の中間ギア７３は、固定フレーム１に発電機回転軸２と平行の方向に取り付けられる中間回転軸４２に、取り付けられている。一方向クラッチ６の従動部と第４の中間ギア７４が、固定フレーム１に発電機回転軸２と平行の方向に取り付けられる第２回転駆動部軸４３に、並んで取り付けられている。第３の中間ギア７３は、第２の中間ギア７２と、第４の中間ギア７４に同時にかみ合っている。
このように、図面の右の浮き４が上昇するときに、第４の中間ギア７４と第３の中間ギア７３がかみ合って回転し、連続的に第２の中間ギア７２もかみ合って回転し、その結果、発電機回転軸２が容易に回転可能になる。もちろん、浮き４が下降するときには一方向クラッチ６によって動力伝達が途切れるが、フライホイール１２によって発電機回転軸２は継続して回転可能になっている。
ここで、第４の中間ギア７４は、第３の中間ギア７３の直径より大きな直径を有し、回転とともに増速が行われる。
このような２点リンク３３、浮き４、一方向クラッチ６は、発電機回転軸２により２セット以上設けられることが、発電機回転軸２の高速回転を得るのに有利である。
＜第３の実施形態＞
図６は、本発明の他の実施形態による波力発電システムの構成を示す図である。
本発明の波力発電システムは、図６に示すように、固定フレーム１に回転自在に取り付けられる発電機回転軸２と、一方向クラッチ６を経て発電機回転軸２に連動するように連結される回転駆動部９と、固定フレーム１の一支点Ｐに対して回転自在に取り付けられる３点リンク３と、３点リンク３の１個の自由端に取り付けられる浮き４と、一端が３点リンク３の１個の自由端に連結され、他端が回転駆動部９に連結されて巻き取られるロープ５と、一端は固定フレーム１に、他端は回転駆動部９に連結される弾性回復手段とを備える。該発電機回転軸２に連動するように、一方向クラッチ６を経て連結される回転駆動部９と、回転駆動部９に一端部が固定される２点リンク３３と、該２点リンク３３の自由端に設けられる浮き４とで構成された波力発電構造が、発電機回転軸２によって組み付けられて配置される。固定フレーム１には浮力構造物２０が取り付けられ、発電機回転軸２にはフライホイール１２が取り付けられる。
それにより、発電機３０まで動力が伝達されつつ、その回転速度が一層速くなる。増速装置４０は、一種のギアボックスで構成され得る。
以下、上述した第１の実施形態に基づいて本発明による作用を説明する。
図３に示したように、波が立って浮き４が上昇すると、この浮き４が設けられた３点リンク３が回転するようになる。それにより、３点リンク３の一自由端に連結されるロープ５に引張力が作用するようになり、ロープ５が巻き取られる回転駆動部９が回転するようになる。それにより、回転駆動部９に一方向クラッチ６を経て連結される発電機回転軸２が回転し始める。
発電機回転軸２が回転するときに、回転エネルギーはフライホイール１２に貯蔵される。したがって、回転速度はその偏差が大きく減少して安定的に回転し、発電機３０で発電が遂行される。
次に、上昇した浮き４は波が下降するに従って引張バネ１０によって迅速に元の位置に戻る。同時に、回転駆動部９は、ロープ７の引張バネ１１や渦巻きバネ５５によって逆回転して元の位置に戻る。
浮き４が左右いずれにも設けられていると、回転力がより増加することは明らかである。また、浮き４が発電機回転軸２により複数個設けられると、一層効果的である。
以上に本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明が上述した実施形態に限定されるものでなく、様々な変更が可能であることは、当該技術分野で通常の知識を持つ者には明らかである。
従来の波力発電装置の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態による波力発電システムを示す斜視図である。 図２に示した波力発電システムを示す概略的な側面図である。 図２に示した波力発電システムを示す概略的な側面図である。 図２と相異なる構成の弾性回復手段を有する波力発電システムを示す側面図である。 本発明の第２の実施形態による波力発電システムを示す図であって、（ａ）は正面図で、（ｂ）は平面図である。 本発明の第３の実施形態による波力発電システムを示す平面図である。 本発明に使用される一方向クラッチの例を示す図である。

Claims (13)

  1. 固定フレーム（１）と、
    前記固定フレームに取り付けられる浮力構造物（２０）と、
    前記固定フレームに回転自在に取り付けられる発電機回転軸（２）と、
    一方向クラッチを介して前記発電機回転軸に連動するように接続される回転駆動部（９）と、
    前記固定フレームの一部分に対して回転自在に取り付けられる３点リンク（３）と、
    前記３点リンクの一つの自由端に取り付けられる浮き（４）と、
    一端が前記３点リンクの他の自由端に接続され、他端が前記回転駆動部に接続されて巻き取られるロープ（５）と、
    前記発電機回転軸に取り付けられるフライホイール（１２）と、
    一端が固定フレームに、他端が前記回転駆動部に接続される弾性回復手段と、
    を含むことを特徴とする波力発電システム。
  2. 前記ロープ（５）と３点リンク（３）との間には引張バネ（１０）が設けられることを特徴とする請求項１記載の波力発電システム。
  3. 前記弾性回復手段が、引張バネと（１１）と渦巻きバネ（５５）とを含むことを特徴とする請求項１記載の波力発電システム。
  4. 前記弾性回復手段は、引張バネ（１１）と渦巻きバネ（５５）とを含むことを特徴とする請求項２記載の波力発電システム。
  5. 前記発電機回転軸（２）の方向から見て、前記波力発電システムが左右にそれぞれ設けられることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の波力発電システム。
  6. 前記波力発電システムが発電機回転軸（２）に沿って２セット以上が設けられることを特徴とする請求項５記載の波力発電システム。
  7. 前記波力発電システムが、発電機回転軸（２）に沿って、増速装置（４０）及び一方向クラッチ（６）を介して２個以上結合されることを特徴とする請求項６記載の波力発電システム。
  8. 固定フレーム（１）と、
    前記固定フレームに取り付けられる浮力構造物（２０）と、
    前記固定フレームに回転自在に取り付けられる発電機回転軸（２）と、
    一方向クラッチ（６）を介して前記発電機回転軸に連動するように接続される回転駆動部（９）と、
    前記回転駆動部（９）に一端部が固定される２点リンク（３３）と、
    前記２点リンク（３３）の自由端に取り付けられる浮き（４）と、
    前記発電機回転軸に取り付けられるフライホイール（１２）と、
    を含んで構成されることを特徴とする波力発電システム。
  9. 前記一方向クラッチ（６）の従動部と第１の中間ギア（７１）が、前記固定フレーム（１）に前記発電機回転軸（２）と平行に取り付けられた第１の回転駆動軸（４１）に、並んで取り付けられ、前記第１の中間ギア（７１）は前記発電機回転軸（２）に取り付けられた、より小さい直径の第２の中間ギア（７２）とかみ合うことを特徴とする請求項８記載の波力発電システム。
  10. 第３の中間ギア（７３）が、前記固定フレーム（１）に前記発電機回転軸（２）と平行方向に取り付けられた中間回転軸（４２）に取り付けられ、一方向クラッチ（６）の従動部と、第３の中間ギア（７３）よりも大きな直径を有する第４の中間ギア（７４）とが、前記固定フレーム（１）に前記発電機回転軸（２）と平行な方向に取り付けられた第２の回転駆動軸（４３）に、並んで取り付けられ、前記第３の中間ギア（７３）は前記第２の中間ギア（７２）と第４の中間ギア（７４）に同時にかみ合うことを特徴とする請求項９記載の波力発電システム。
  11. 前記波力発電システムが、前記発電機回転軸（２）に沿って２セット以上設けられることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の波力発電システム。
  12. 前記波力発電システムは、回転軸（２）に沿って増速装置（４０）及び一方向クラッチを介して、２個以上が結合されることを特徴とする請求項１１記載の波力発電システム。
  13. 固定フレーム（１）に回転自在に取り付けられる発電機回転軸（２）と、一方向クラッチ（６）を経て前記発電機回転軸（２）に連動するように接続される回転駆動部（９）と、前記固定フレーム（１）の一支点（Ｐ）に対して回転自在に取り付けられる３点リンク（３）と、前記３点リンク（３）の一つの自由端に取り付けられる浮き（４）と、一端が前記３点リンク（３）の他の自由端に接続され、他端が前記回転駆動部に接続される弾性回復手段と、を備える波力発電構造、及び
    前記発電機回転軸（２）に連動するように一方向クラッチ（６）を介して接続される回転駆動部（９）と、前記回転駆動部（９）に一端部が固定された２点リンク（３３）と前記２点リンク（３３）の自由端に取り付けられる浮き（４）を備える波力発電構造を含み、
    これらの波力発電構造が、前記発電機回転軸（２）によって互いに組み付けられて配置され、前記固定フレーム（１）には浮力構造物（２０）が取り付けられ、前記発電機回転軸（２）には少なくとも一つのフライホイール（１２）が取り付けられることを特徴とする波力発電システム。
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